4.1.1 RNA的结构和功能及遗传信息的转录-2023-2024学年高一生物人教版必修第二册课件(共43张PPT)（内嵌1份视频）

(共43张PPT)
第4章　基因的表达
第1课时
RNA的结构和功能及遗传信息的转录
人教版高中生物 必修2
1
辨析三种RNA的结构和功能(重点)。
2
掌握遗传信息转录的过程和特点(难点)。
情境导入
转基因棉花
Bt抗虫
蛋白基因
Bt抗虫
蛋白
控制合成
抗虫
表现性状
将苏云金杆菌抗虫蛋白基因（Bt抗虫蛋白基因）转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白。
基因可以控制蛋白的合成，这个过程就是基因的表达。
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目标一
辨析三种RNA的结构和功能
细胞核
细胞质中的核糖体
信使物质
1.1 信使物质是RNA的实验证据
基因
蛋白质的合成
DNA能不能出细胞核？
实验1
1955年，J.Brachet分别用洋葱根尖和变形虫进行了实验；发现若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质的合成就停止，若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。
（1）根据实验1可以得出什么结论？
蛋白质的合成依赖于RNA。
活动1
信使物质是RNA的实验证据
实验1
1955年，J.Brachet分别用洋葱根尖和变形虫进行了实验；发现若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质的合成就停止，若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。
（2）实验2为什么选择14C的尿嘧啶作为标记物？
活动1
信使物质是RNA的实验证据
尿嘧啶是RNA特有的碱基，实验中选择14C-U作为标记物可以标记新合成的RNA。
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
C
胞嘧啶
U
尿嘧啶
（3）实验2中分离出的含14C标记的RNA，能与噬菌体的DNA分子形成杂交分子，
不能与细菌的DNA结合，说明什么问题？
活动1
信使物质是RNA的实验证据
实验2
1961年，南非生物学家布伦纳等科学家经过实验发现，用噬菌体侵染细菌，在培养基中添加含14C标记的尿嘧啶，培养一段时间后，把细菌裂解离心，分离出RNA与核糖体。分离出来的RNA有14C标记，将分离得到的RNA分别与细菌的DNA和噬菌体的DNA杂交，发现RNA只能与噬菌体的DNA形成双链杂交分子。
新合成的RNA是以噬菌体的DNA为模板合成的。
~~~~~~~~~ RNA
噬菌体的DNA
杂交分子
（4）综合实验1和实验2，尝试写出DNA控制蛋白质合成的过程？
RNA
蛋白质
DNA
活动1
信使物质是RNA的实验证据
实验1：1955年，J.Brachet分别用洋葱根尖和变形虫进行了实验；发现若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质的合成就停止，若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。
实验2：1961年，南非生物学家布伦纳等科学家经过实验发现，用噬菌体侵染细菌，在培养基中添加含14C标记的尿嘧啶，培养一段时间后，把细菌裂解离心，分离出RNA与核糖体。分离出来的RNA有14C标记，将分离得到的RNA分别与细菌的DNA和噬菌体的DNA杂交，发现RNA只能与噬菌体的DNA形成双链杂交分子。
为什么RNA适于作DNA的信使？
1.2 RNA的结构
核糖
碱基
磷酸
A
元素组成：
1
基本单位：（4种）核糖核苷酸
2
C、H、O、N、P
RNA（核糖核酸）
3
聚合
U
C
G
比较项目 DNA RNA
分布 主要是________ 主要是__________
基本单位
化学组成 磷酸 一分子磷酸 一分子磷酸
五碳糖
碱基 A、_____、G、C A、_____、G、C
结构 一般为_______
1.3 RNA与DNA比较
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
双螺旋结构
单链
细胞核
细胞质
T
U
1.4 RNA的种类和功能
种类 功能 示意图
mRNA
rRNA
tRNA
作为某些病毒的遗传物质
某些RNA具有催化作用（酶）
作为DNA的信使，是蛋白质合成的模板
核糖体的组成成分
转运氨基酸，识别密码子
①它的分子结构与DNA很相似，也是由基本单位——核苷酸连接而成，也能储存遗传信息。
②RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔转移到细胞质中。
2. 为什么RNA适于作DNA的信使？
DNA
RNA
活动2
RNA适于作信使的原因
1.(2022·江西抚州高一质检)下列关于RNA的结构和功能的叙述，错误的是
A.所有RNA中都不含氢键
B.RNA含有的五碳糖是核糖
C.RNA能在细胞内传递遗传信息，也能携带氨基酸
D.某些RNA能在细胞内催化化学反应
√
解析　tRNA中含有氢键，A错误；
mRNA能在细胞核与细胞质之间传递遗传信息，tRNA能将氨基酸运输到核糖体上，C正确；
少数酶的化学本质为RNA，具有催化功能，D正确。
2.如图为核苷酸的模式图，下列相关说法正确的是
A.DNA与RNA在核苷酸上只有②不同
B.如果要构成ATP，在①位置上加上两个磷酸基团即可
C.③在人的遗传物质中只有4种
D.DNA分子中每个②均只与一个①相连
√
解析　分析题图可知，①是磷酸基团，②是五碳糖，③是含氮碱基。DNA与RNA在核苷酸上的不同主要有两点，一是在DNA中②为脱氧核糖，在RNA中②为核糖；二是在DNA中③有A、T、C、G 4种，在RNA中③有A、U、C、G 4种，A错误；
如果要构成ATP，要在①位置上加上两个磷酸基团，②应为核糖，③应为腺嘌呤，B错误；
人的遗传物质是DNA，在DNA中③只有4种(A、G、C、T)，C正确；
DNA分子的一条脱氧核苷酸链中多数②与两个①相连，D错误。
>
<
目标一
遗传信息的转录
2.1 转录的概念
真核生物：细胞核（主要）、叶绿体和线粒体（基质）
原核生物：拟核、细胞质
通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
概念：
场所：
2.2 转录的过程
细胞核
细胞质中的核糖体
转录场所
RNA聚合酶
T
C
G
A
T
C
G
A
T
T
G
C
A
A
C
G
T
A
C
A
C
G
G
T
A
A
T
T
解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开。
第一步
该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用；
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
游离的核糖核苷酸
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
在RNA聚合酶的作用下，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
模板链
（新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
（RNA聚合酶的催化形成磷酸二酯键）
第二步
第三步
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。
第四步
2.2转录的过程
01 解旋
02 配对
03 连接
04释放
如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题。
①图中遗传信息的转录方向
②RNA链延伸的方向是_____________________。
原料： 4种游离的核糖核苷酸
模板： DNA的一条链的某片段
能量： 由ATP提供
酶： RNA聚合酶
（1）转录的条件
（2）方向
由5’端到3’端
5’
3’
活动3
遗传信息的转录
（3）RNA聚合酶的作用
（4）此过程中的碱基配对方式为：
①作用于氢键，使DNA双螺旋解开。
②催化核糖核苷酸连接到RNA链上
（形成磷酸二酯键）
A—U、T—A、C—G、G—C
（5）转录的特点：______________________________
（6）b和c的名称分别是：___________________________________________
边解旋边转录
胞嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸
活动3
遗传信息的转录
1.转录与DNA复制有什么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？
转录与DNA复制都需要模板、原料、能量、酶，都遵循碱基互补配对原则，这保证了遗传信息的准确转录。
活动4
真核细胞的转录及与DNA复制的比较
2.与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？
原料： 4种游离的脱氧核苷酸
模板： DNA的两条链
能量： 由ATP提供
酶： 解旋酶、DNA聚合酶
DNA复制的条件
回顾：
RNA转录的条件
4种游离的核糖核苷酸
DNA的一条链的某片段
由ATP提供
RNA聚合酶
活动4
真核细胞的转录及与DNA复制的比较
3.转录时，DNA的一条链作为转录的模板链，可成为反意义链，与其互补的另一条链称为有意义链。下图表示了一个DNA分子的片段：
非模板链（有意义链）
模板链（反意义链）
5’-TACGCTCCGTACCC-3’
3’-ATGCGAGGCATGGG-5’
转录不是转录整个DNA，是转录其中要表达的基因。
转录以基因为单位，一个基因只以一条链为模板，不同基因模板链不同。
活动4
真核细胞的转录及与DNA复制的比较
①写出该片段转录出的mRNA中的碱基排列顺序。
②转录出的mRNA碱基序列与DNA模板链的碱基序列有哪些异同？
5’-UACGCUCCGUACCC-3’
转录出的mRNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。
③转录出的mRNA碱基序列与DNA非模板链的碱基序列有哪些异同？
两者的序列基本相同，区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。
活动4
真核细胞的转录及与DNA复制的比较
3.转录时，DNA的一条链作为转录的模板链，可成为反意义链，与其互补的另一条链称为有意义链。下图表示了一个DNA分子的片段：
非模板链（有意义链）
模板链（反意义链）
5’-TACGCTCCGTACCC-3’
3’-ATGCGAGGCATGGG-5’
项目 DNA复制 转录
时间 细胞分裂前的间期 生长发育过程
场所 主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒
解旋 完全解旋 只解有遗传效应的片段(基因)
模板 DNA的两条链均为模板 DNA的一条链上某片段
原料 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸
酶 解旋酶、DNA聚合酶等 RNA聚合酶等
配对方式 A—T、T—A、C—G、G—C A—U、C—G、T—A、G—C
特点 半保留复制，边解旋边复制 边解旋边转录
方向 新链从5′－端→3′－端延伸 新链从5′－端→3′－端延伸
产物 2个子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA
意义 使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性 遗传信息从DNA传递到RNA(mRNA)上，为翻译做准备
DNA复制和转录的比较
3.如图为真核细胞内的转录过程示意图，①②表示两条多聚核苷酸链，下列叙述正确的是
A.①为DNA上的模板链，②链的左侧为3′－端
B.RNA聚合酶不可以催化①②之间氢键的断裂
C.图中甲、乙两处圆圈内均代表腺嘌呤核糖核苷酸
D.RNA聚合酶与DNA上启动部位结合后开始转录
√
解析　①为DNA上的模板链，RNA聚合酶只能在3′－端进行链的延伸，故②链的右侧为3′－端，左侧为5′－端，A错误；
RNA聚合酶可以催化碱基对之间氢键的断裂，B错误；
图中甲处圆圈内为腺嘌呤脱氧核苷酸，乙处为腺嘌呤核糖核苷酸，C错误。
4.如图中甲、乙表示真核生物遗传信息传递的两个过程，图丙为其中部分片段的放大示意图。以下分析正确的是
A.图中酶1和酶2是同一种酶
B.图丙中b链可能是构成核糖体的成分
C.图丙是图甲的部分片段放大
D.图乙所示过程在高度分化的细胞中不会发生
√
不是所有的细胞都能进行DNA的复制，但是几乎所有的细胞可以进行转录。
例如：高度分化的细胞，会进行转录和翻译，但是不会进行DNA的复制。若细胞处于分裂期,染色体高度螺旋，转录难以进行。
解析　图甲是DNA的复制过程，其中酶1为DNA聚合酶；图乙是以DNA的一条链为模板，合成RNA的过程，即转录，其中酶2为RNA聚合酶，A错误；
图丙中a链含有碱基T，属于DNA链，b链含有碱基U，属于RNA链。核糖体由蛋白质和rRNA组成，所以b链可能是构成核糖体的成分，B正确；
图丙中一条链为DNA链，另一条链为RNA链，而图甲表示DNA复制过程，因此图丙不是图甲的部分片段放大，C错误；
图乙所示过程在高度分化的细胞中仍会发生，因为细胞的成分在不停更新，需要蛋白质和酶，D错误。
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